Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Spindelhubgetrieben?

Ein entscheidender Kennwert, der die Energieeffizienz, Wärmeentwicklung und Leistungsfähigkeit des Antriebs bestimmt.

Der Wirkungsgrad eines Spindelhubgetriebes beschreibt, wie effizient die eingebrachte Antriebsleistung (Rotation) in nutzbare Hubleistung (lineare Bewegung) umgewandelt wird.

• Hoher Wirkungsgrad → wenig Energie geht durch Reibung verloren, die Wärmeentwicklung ist gering.
• Niedriger Wirkungsgrad → ein großer Teil der Antriebsleistung wird in Wärme umgewandelt, was die thermische Belastung und damit die zulässige Einschaltdauer begrenzt.

Der Gesamtwirkungsgrad setzt sich im Wesentlichen aus zwei Anteilen zusammen:

• Wirkungsgrad des Schneckengetriebes
• Wirkungsgrad des Gewindetriebs (Trapez- oder Kugelgewinde) / Insbesondere der Gewindetrieb hat dabei einen dominanten Einfluss.

Wirkungsgrad bei Trapezgewindetrieben (TR)

Spindelhubgetriebe mit Trapezgewindespindel arbeiten mit Gleitreibung – eine Reibungsart, die naturgemäß verlustreicher ist als Rollreibung.

• Typischer Wirkungsgrad: Je nach Übersetzung, Spindelsteigung und Schmierung liegt der Gesamtwirkungsgrad eines Spindelhubgetriebes mit Trapezgewinde typischerweise im Bereich von ca. 25 % bis 50 %.
• Implikationen:
  • Höhere Antriebsleistung nötig: Ein spürbarer Anteil der Motorleistung wird benötigt, um die interne Reibung zu überwinden.
  • Deutlich höhere Wärmeentwicklung: Rund die Hälfte bis drei Viertel der eingesetzten Energie wird in Wärme umgewandelt. Das begrenzt zulässige Hubgeschwindigkeit und Einschaltdauer (ED).
  • Selbsthemmung: Der relativ niedrige Wirkungsgrad ist gleichzeitig die Grundlage für die (bedingte) Selbsthemmung – ein wichtiger Vorteil, wenn Lasten ohne zusätzliche Bremse in Position gehalten werden sollen.

Wirkungsgrad bei Kugelgewindetrieben (KGT) / Kugelhubgetrieben

Spindelhubgetriebe mit Kugelgewindetrieb nutzen Rollreibung: Zwischen Mutter und Spindel laufen Kugeln in einem geschlossenen Umlauf. Dadurch sind die Reibungsverluste sehr gering.

• Typischer Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad des Kugelgewindetriebs allein kann bis zu ≈ 98 % erreichen. Der Gesamtwirkungsgrad eines Kugelhubgetriebes (inkl. Schneckengetriebe) liegt je nach Auslegung typischerweise bei ca. 80 % bis 90 %.
• Implikationen:
  • Geringere Antriebsleistung: Für dieselbe Hubarbeit wird deutlich weniger Motorleistung benötigt. Das ermöglicht kleinere Motoren und senkt die Energiekosten.
  • Geringe Wärmeentwicklung: Da nur ein kleiner Anteil der Energie in Wärme umgesetzt wird, erwärmt sich das Getriebe deutlich weniger. Das erlaubt höhere Hubgeschwindigkeiten und – bei geeigneter Auslegung – auch einen Dauerbetrieb (bis 100 % ED).
  • Keine Selbsthemmung: Der hohe Wirkungsgrad macht den Antrieb sehr leichtgängig – eine Last kann ohne zusätzliche Bremse nicht sicher gehalten werden. In der Praxis ist daher eine Motorbremse oder Haltebremse erforderlich.

Fazit

Die Wahl des Getriebetyps hat direkten Einfluss auf Energiebilanz, Bauraum und thermische Belastbarkeit des gesamten Systems:

• Kugelhubgetriebe / KGT-Ausführung: Ideal, wenn Energieeffizienz, hohe Geschwindigkeit, hohe Einschaltdauer und Dynamik im Vordergrund stehen – z. B. in Automatisierung, Handling oder schnellen Verstellachsen.
• Trapezgewindetriebe / TR-Ausführung: Die passende Wahl, wenn Selbsthemmung, einfachere Peripherie und geringere Systemkosten entscheidend sind und die Einschaltdauer vergleichsweise niedrig bleibt – etwa bei gelegentlichen Verstellungen, Spann- oder Positionieraufgaben.

In der Praxis ist der Wirkungsgrad deshalb nicht nur eine Zahl im Datenblatt, sondern ein zentrales Kriterium für die Auswahl des richtigen Spindelhubgetriebes – mit direktem Einfluss auf Motorgröße, Energieverbrauch, Wärmehaushalt und Sicherheitskonzept der gesamten Anlage.